生产管理·生产管理·污水处理行业碳中和模式探讨及应用研究张琳（陕西地建滨江新城综合开发有限责任公司，陕西省土地工程建设集团有限责任公司汉中分公司，陕西城固７２３２００）摘要：污水处理虽然可以减少污水对环境的污染，污水的处理工作也会消耗大量能量，使得污水处理工作也会产生较高的碳排放。为了满足碳中和理念，本文研究了污水处理行业中的碳中和模式和应用方法，帮助技术人员了解碳中和模式的应用思路，使碳中和模式有效应用到污水处理技术中。关键词：污水处理；碳中和模式；应用探讨中图分类号：Ｘ７３０文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－６９３７（２０２１）０４－００４４－０３引言：污水处理工艺在对污（废）水进行净化的过程中，会产生大量的废物增加碳排放，虽然控制了污水对环境的污染，但是由于碳排放量过高，同样对环境十分不利。为此，必须充分利用碳中和模式解决污水处理的碳排放问题，实现污水处理碳排放的平衡，最大化提升污水处理的环境效益。１碳排放危害和碳中和必要性太阳的热辐射经过大气到达地球表面之后，其能量会被地球表面的岩石、土壤等吸收，而大气中的温室气体对阳光能量的吸收能力非常强，温室气体吸收太阳能量之后还会形成严重的热辐射造成地表温度升高。由于温室效应的作用，全球会出现气候变暖，而且会对农业、生态、人类的正常活动产生影响，甚至会破坏人类的正常生产活动［１］。例如温度升高导致冰川融化，造成海平面上升，严重影响低洼地区和沿海地区人们生命财产安全。目前，人类生产活动中会释放大量的二氧化碳，其在空气中含量的增加是导致温室效应的重要原因之一。虽然植物光合作用需要有二氧化碳作为原料，但是浓度过高的二氧化碳也不利于植物生长，比如二氧化碳饱和点较低的植物出现二氧化碳中毒，影响植物生长；同时由于二氧化碳溶入水中会导致水呈酸性，因此二氧化碳排放量的增加也会导致海水酸化，严重威胁海洋生态平衡。２污水处理行业碳中和模式概述２．１污水处理厂碳排放现状污水处理行业同样有着比较高的碳排放量，其排放的温室气体主要包括二氧化碳、甲烷等，而且随着污水处理行业的快速发展和排放标准的不断提高，污水厂向大气中排放的温室气体呈逐渐提高甚至指数上升趋势［２］。污水处理行业从业人员虽然相对较少，和社会总体经济水平相比只占千分之一左右，但是碳排放量可以达到１－２％，所以是一个高碳排放的行业。污水处理厂中，一般设置了一级、二级（生物处理）和污泥处理单元，为了获得更好的处理效果或者再生利用的需要，一些污水处理厂可能会设置深度处理单元，所有的处理单元都会直接或者间接排放温室气体。而且随着污水处理工艺的发展，水平提升的同时处理工作的复杂性也在提升，处理系统在运行时会消耗大量能量，因此污水处理厂的间接碳排放量很高。·４４·生产管理污水处理过程中产生的温室气体一般会直接排向大气，比如污水处理中会产生二氧化碳，利用厌氧菌处理时还会产生大量甲烷，温室效应更强，而污水处理对电能、热能的消耗也会影响其他行业的碳排放，影响环境的稳定。２．２污水处理碳中和２．２．１污水处理碳中和概念碳中和理念是指通过中和碳排放实现碳的零排放，碳排放之后将会通过人为补偿实现碳平衡［３］。人为补偿实现碳平衡有两种方式，使用再生能源为污水处理功能，替代不可再生能源的碳排放；或者购买他安排放额度，实现大环境的总体平衡。但是，污水处理行业具有一定的特殊性，虽然能耗高、碳排放量大，但是也可以通过运用技术利用污水处理过程中产生的能量，从而达到碳中和的目的，也能将污水处理过程中获得废物变废为宝，减少能源浪费。２．３．２污水处理厂碳中和运行潜力和能源技术污水处理属于高能耗行业，但是污水处理过程中各环节所产生的废热、甲烷气体、污泥等使得污水处理厂具备了成为能源工厂的潜质，例如污水中的余热、污泥厌氧消化生成的沼气、污水处理厂的出水水力等都能成为污水处理碳中和的运行条件。（１）污泥的资源化利用污水处理会导致副产物污泥出现，而且绝大多数污水处理厂都使用了活性污泥法，导致目前污水处理行业的污泥产量非常高。由于污泥中有大量的有机物，所以可以从污泥中获得能量，比如利用污泥制造燃料，再利用燃料产生的能量驱动污水处理工作，可以视为一种高热量的清洁能源，作为热能和电能的动力来源，所以污泥具有非常高的能源潜力。目前通过超声波破碎的方法有利于提升产气量，获得的沼气可以为污水处理流程提供能量，为生活单元供热等［４］。污泥焚烧也是一种常见的污泥资源化处理方法，但是污泥焚烧需要较大的能耗，由于污泥本身含有大量污染物，污泥焚烧会导致有害气体生成，通常可以采用水泥窑协同焚烧的方法，将污泥中的有机物彻底分解，而且不会产生飞灰和重金属，也能在水泥熟料煅烧的过程中代替煤进行煅烧，从而实现对污泥热值的有效利用。（２）污水的资源化利用污水资源化利用的思路主要在于利用污水余热、污水水利、污水再生回收利用等手段，通过污水源热泵技术完成对污水热量的收集和传输，从而满足厂区周边生活供热或者制冷的需要，具有较高的碳补偿潜力。目前污水源热泵技术在污水处理行业中得到广泛应用［５］。污水再生工作会回用处理后的污水，通过净化处理使其可以应用到农田灌溉、工业生产等对水质要求较低行业，可以用再生的污水实现水的循环利用，也能发挥自然对水的净化作用，还能减少工业生产对干净水源的需求，从而降低碳排放总量。对污水水力的利用中，污水处理厂可以在管道内设置涡轮发电，但是使用这种方法需要较大的动能以带动涡轮，目前应用较少。（３）利用自然能源污水处理厂一般在郊区建设，会占用大量地面，有着使用风能、太阳能发电的潜质，可以补偿污水处理所导致的能源消耗。但是风能和太阳能发电技术投资都比较高，也容易受到天气影响，所以发电功率并不稳定，难以满足污水厂的碳补偿要求。２．３污水厂碳中和实例奥地利的Ｓｔｒａｓｓ污水处理厂通过改良自身污水处理工艺，实现了对污水中有机物能量的回收，经过多年技术发展和革新，已经实现了２００％的能源自给，满足超标准碳中和要求。美国的稀薄伊根污水处理厂对高浓度的食物废物使用厌氧污泥进行处理，然后利用获得的甲烷进行电热联产，并配合节能措施的使用，实现了接近１００的能源自给，逼近了碳中和目标。结合目前多数污水厂碳中和情况，大多都能满足能量需求，并且能保留一部分余量，所以污水厂进行碳中和具有良好前景，能有效降低能耗和排放。·５４·生产管理３污水处理行业碳中和的应用方法３．１沼气回收利用沼气回收工作中，会使用沼气罐收集厌氧消化单元产生的沼气，并使用鼓风机驱动沼气流动，作为锅炉的燃料，已经成为了一种普遍使用的能源回收和利用工艺，很多使用沼气回收的污水处理厂都获得了较好的经济效益。厌氧细菌生产甲烷也需要有其他的供热系统为甲烷的生成提供环境，尤其保证系统的温度，确保系统的稳定运行［５］。所以在设计系统的过程中，应该计算沼气生成过程中的能量损耗，合理地进行厌氧消化池的设计工作。在设计过程中，应该充分考虑总进泥量，进泥的含水率，以及浓缩之后的含水率。３．２污泥堆肥污泥堆肥就是利用污泥中的微生物在潮湿环境中的发酵作用，从而将污泥中的有机物质进行氧化分解，最终获得腐殖质从而获得肥料的过程。在经过污泥堆肥处理之后，污泥中的寄生虫、病原细菌等等都会被完全消灭，投入到农业生产中之后并不会污染土壤，而且有机物被分解之后其中能够被植物利用的养分明显增加。农田增加对污泥堆肥的使用，可以降低农业生产中对化肥的使用量，并且堆肥之后也不需要进行脱水处理，所以污泥堆肥对能量的需求比较低。在对污泥进行堆肥之前，需要进行细胞破壁预处理工作，以便能提升细胞的裂解率，确保对有机物的使用效果。可以采用超声波、微波等方式进行预处理，为了消灭其中的细菌，可以将污泥的ｐＨ值调整到１２以上并保持一段时间。３．３好氧消化好氧消化时，会利用污泥中的好氧菌的作用，完成对污泥中有机物的矿化工作，好样消化的过程中，污泥处在内源呼吸的状态，原因在于污泥中有很多细菌，导致细胞外的有机物质会相对较少，一部分细菌会由于周围环境的作用裂解，存活的细菌大多在内源呼吸的状态下。好氧消化之后的产物以二氧化碳、水、氨气为主，可以实现对污泥中有机物的降解，避免污水处理后期对环境的危害。但是使用该方法还没能充分利用污泥中的有机物质，所以还需要继续改良技术，进一步满足碳中和要求。３．４厌氧消化为了实现厌氧消化，应该给污泥创造厌氧环境使厌氧菌活动，分解和降解污泥中的有机物，生产出燃料，还能确保污泥中的物质更加稳定。污泥中的有机物被水分解之后，会生成单糖、氨基酸、甘油、氢气和二氧化碳，在产氢和产乙酸菌的作用下，污泥中的有机物得以被转化成氢气和乙酸，之后利用甲烷菌，还可以获得甲烷。这种方法目前还存在过程复杂的问题，所以重复利用率比较低，但是可以一定程度上满足碳中和的要求。４结语碳中和理念的指导下，污水处理工作需要加强对污泥、污水水力的利用，解决过去污水处理中的不足。污水处理企业也要提升对污水处理中碳中和技术的研究，分析全新的污水处理方法，满足可持续发展要求。参考文献［１］郝晓地、李季、曹达啟．污水处理碳中和运行需要污泥增量［Ｊ］．中国给水排水，２０１６（１２）：１－６．［２］郝晓地、方晓敏、李季，等．污水碳中和运行潜能分析［Ｊ］．中国给水排水，２０１８，０３４（０１０）：１１－１６．［３］苏书宇、郭靖东．污水厂碳中和运行潜力及能源利用技术［Ｊ］．科技风，２０１８，Ｎｏ．３５４（２２）：１１３－１１３．［４］蔡俊．有关污水处理碳中和运行的研究［Ｊ］．建筑工程技术与设计，２０１７，０００（０２４）：４７０４－４７０４．［５］郝晓地．污水处理碳中和运行技术Ｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｏｗａｒｄｓｃａｒｂｏｎｎｅｕｔｒａｌ［Ｍ］．科学出版社，２０１４·６４·